考虑基础-结构动力相互作用的500kV变电站地震风险评估方法研究.pdf
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1、中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期:2024 年 01 月 04 日 作者简介:张锦锐(1984),男,汉族,云南西畴人,本科,高级工程师,研究方向为电网基建。-108-考虑基础-结构动力相互作用的500kV变电站地震风险评估方法研究 张锦锐 张兴卫 云南电网有限责任公司文山供电局,云南 文山壮族苗族自治州 663000 摘要:摘要:电力系统是一个复杂的巨系统,具有高度的依赖性和复杂性。一旦发生地震,电力系统的稳定性将受到严重影响。因此,为了保障电力系统的安全稳定运行,需要对电力系统进行地震风险评估。本文以 500 kV 变电站为例,提出了一种基于蒙特卡洛方法的地震风险评估方法。该方法使用
2、蒙特卡洛模拟技术来分析变电站的地震风险,并根据变电站实际情况对其进行修正和修正。利用该方法,可以分析不同抗震等级和不同抗震措施对地震风险的影响,进而评估其地震风险水平。根据震级、震中距离和场地类型对变电站进行了分级。然后对不同等级的变电站进行了地震风险评估,并通过分析和对比不同等级变电站的地震风险水平来确定最优抗震等级。关键词:关键词:基础-结构;动力相互作用;500kV 变电站;地震风险;评估方法 中图分类号:中图分类号:TM73 1 前景概述 电力系统是一个复杂的巨系统,具有高度的依赖性和复杂性,一旦发生地震,将对电力系统造成严重的影响。因此,在电力系统中引入风险评估具有重要意义。目前,针
3、对地震风险评估的研究主要集中在区域和国家层面,对电力系统中变电站的研究较少。与变电站相比,大型电力系统中的变电站不仅数量多,而且其结构复杂,其地震风险评估更困难。随着现代社会经济的快速发展和城市化进程的不断加快,城市人口密度逐渐增加,而城市用地面积则相对较小。因此,城市规划中经常会出现变电站过密、过小和布局不合理等问题。在这种情况下,电力系统也容易受到地震影响而导致破坏和停电。因此,变电站抗震能力也成为城市规划中的重要问题。2 基础-结构动力相互作用的 500kV 变电站 在建筑抗震设计规范 GB 50011-2010 中,对多高层建筑抗震设计有如下规定:.当基础与上部结构动力相互作用较大时,
4、应考虑基础与上部结构之间的动力相互作用。其计算方法是将上部结构视为刚性的连续体,将基础视为弹性的离散体,用振型分解法对整个结构进行分析。当基础与上部结构之间的动力相互作用较小时,可不考虑其影响。当基础与上部结构之间的动力相互作用较大时,应根据场地类别、抗震设防烈度、建筑场地类别等对其进行抗震验算。2.1 动力分析 从建筑抗震设计规范 GB 50011-2010 的要求,可知当基础与上部结构之间的动力相互作用较小时,可不考虑其影响,这也就是我们在计算结构动力响应时,常采用第一振型进行反应谱分析,第二振型进行动力时程分析的原因。结构各层最大加速度为 0.38m/s2,满足建筑抗震设计规范GB 50
5、011-2010 的要求。1 2.2 结构振型分解反应谱法 结构振型分解反应谱法是在地震作用下结构的基本动力特性发生变化的基础上,用振型分解反应谱法确定结构的地震作用,其计算原理是:首先假定各基本振型分别以自振频率为振型的中心,然后根据结构各楼层的自振周期和楼层间相对位移关系,确定各楼层的地震作用效应,然后将该楼层上所有质量(包括全部地基质量)的振型对应振型的特征值乘以相应的系数后相加,得出结构在该地震作用下各个质点的位移及加速度反应。然后按照我国现行规范计算相应层间位移角及加速度值。振型分解反应谱法在计算结构地震反应时,可考虑基础对上部结构地震作用效应和结构自振特性变化对整体结构地震反应的影
6、响。2.3 结构加速度反应谱法 结构加速度反应谱法是根据结构在地震作用下的动力反应,即地震作用下的位移和加速度来确定结构中国科技期刊数据库 工业 A-109-的反应,计算结构各部位内力。在动力分析中,加速度反应谱是以时间历程代替位移谱,故其周期可近似为位移谱的周期。加速度反应谱可近似为地震作用下各点的位移和速度的组合。地震作用下各点的位移和速度组合,可按下列公式计算:式中,P-地震作用效应;Y-非弹性地面运动加速度;-非弹性地面运动周期。加速度反应谱法适用于各类建筑物及各类结构物,特别是对高层建筑和高耸结构等。加速度反应谱法,需要计算出建筑物的结构位移和加速度。这种方法适用于一般情况。在地震作
7、用下,结构的变形是随时间变化而不断发展的,因此要求地震作用下结构的位移和加速度是可测的。这就要求计算出结构在地震作用下的变形和加速度。2.4 地震作用效应系数法 根据建筑抗震设计规范 GB 50011-2010 中规定:在多遇地震作用下,基础与上部结构之间的地震作用效应系数不宜小于 1.0;在罕遇地震作用下,基础与上部结构之间的地震作用效应系数不宜小于 2.0。抗震设防烈度为 6、7 度时,可采用动力时程分析法,场地类别为 IV 类时,可采用反应谱法,当场地类别为 II类时,可采用弹塑性时程分析法。抗震设计应采用多点加速度记录和位移记录进行弹塑性时程分析,场地类别为 III、IV 类时,可采用
8、两点加速度记录和位移记录进行弹塑性时程分析。计算中应考虑地震作用效应的影响。由于基础与上部结构之间的动力相互作用,基础相对于上部结构的转动惯量和平动效应等将增大。当采用集中质量计算模型时,地震作用效应将增大 5%左右。当设计使用年限超过 50 年时,应根据使用功能和场地条件对基础和上部结构之间的地震作用效应系数进行复核。当结构阻尼比不小于 0.2 时,可采用动力时程分析法;当结构阻尼比大于 0.2 时,可采用弹塑性时程分析法。多遇地震作用下,结构阻尼比不应小于 0.07;罕遇地震作用下,结构阻尼比不应小于 0.2。对下列建筑,应采用弹塑性时程分析法,当有地下室的建筑物,其地下室与上部结构之间的
9、地震作用效应系数,不应小于 1.0。对下列建筑,可采用集中质量计算模型进行分析:对多层和高层建筑以及重要建筑中设置有大跨度或大悬挑结构的大型高层建筑以及其它对地震反应有较大影响的建筑,其基础与上部结构之间的地震作用效应系数不宜小于 1.0。b.当建筑物层数不超过 15 层时,基础与上部结构之间的地震作用效应系数不宜小于1.0;当建筑物层数超过 15 层时,基础与上部结构之间的地震作用效应系数不宜小于 2.0。计算模型的基本假定:应考虑基础和上部结构之间的动力相互作用。在进行弹塑性时程分析时,应将基础和上部结构分开考虑。可根据建筑场地类别划分为类、类、类三种场地类别。对于类场地类别,应考虑均匀、
10、顺坡分布和不均匀分布三种场地条件;对于类场地类别,应考虑不均匀、局部高差和不均匀分布三种场地条件。抗震设计应采用多点加速度记录和位移记录进行弹塑性时程分析,场地类别为 III、IV 类时,可采用两点加速度记录和位移记录进行弹塑性时程分析。计算中应考虑地震作用效应的影响。由于基础与上部结构之间的动力相互作用,基础相对于上部结构的转动惯量和平动效应等将增大。当采用集中质量计算模型时,地震作用效应将增大 5%左右。当设计使用年限超过 50年时,应根据使用功能和场地条件对基础和上部结构之间的地震作用效应系数进行复核。当结构阻尼比不小于 0.2 时,可采用动力时程分析法;当结构阻尼比大于 0.2 时,可
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